有机物污染是目前我国面临的最大环境保护问题之一,染料废水作为高分子聚合物,其浓度大、色度高、可生化性差,缺乏有效的处理方法,成为了水处理领域的难点,对人类和环境造成了极大的危害。光催化技术作为高级氧化技术的一种,为我们提供了高效治理有机废水的途径。此技术常采用纳米二氧化钛作为催化剂,这是因为其化学性质稳定、无毒,并且材料成本低。然而纳米材料存在回收难度大、可重复利用率低。因此本论文研究了新型TiO₂碳布电极和3D-TiO₂纳米管电极的制备及其改性,分析材料形成机理、物理化学性能和光电催化性能,并分析光电催化降解甲基橙的各个影响因素,为光电催化去除有机污染物技术的实际应用提供理论依据,主要研究成果如下:（1）水热法合成以碳布为基底的TiO₂电极:①通过比较光电流初步推断光电催化活性,调节温度、时间、钛源等参数优化电极性能。确定合成电极最佳实验条件为:前驱液浓度分别为0.6mL钛酸异丙酯、10mL盐酸溶液、0.2 g十六烷基三甲基溴化铵、0.34mL乙二醇;水热温度150℃;反应时间5h。②所合成的材料为金红石型TiO₂纳米簇颗粒电极,其物理化学性能稳定,导电性优越,在紫外光下施加+0.7 V的偏压,2 h光电降解5 mg/L甲基橙去除率为98%,且重复实验7次时2 h降解率仍然大于85%。（2）采用电化学阳极氧化法,以钛丝网作为基底材料合成3D-TiO₂纳米管阵列（3D-TNAs）电极。①最佳阳极氧化实验条件为:溶剂为V乙二醇：V 水=1:1,0.5wt%NH4F,阳极氧化电压20V,超声振荡传质氧化90min。制得TiO₂纳米管,与同一实验条件下以钛板为基底阳极氧化电极比较,电化学活性面积、光电流、光电催化降解反应速率常数分别提高了2倍、1倍和2倍。②通过连续离子层吸附反应,将合成出的3D-TNAs电极分别浸渍于乙醇:H₂O=1:1为溶剂的乙酸锌、乙酸镉、Na2S溶液,获得异质节负载改性电极。最佳实验条件是:浓度分别为0.01 mol/L,负载次数12次,煅烧条件是氮气气氛以2℃/min升温至500℃保持2h。在负载硫化物前,阳极氧化电极浸渍于1 mg/L氧化石墨烯（GO）,再负载硫化物,氧化石墨烯的存在使体系形成Z形模型,明显提高了光电催化性能。③硫化物改性电极在实际废水降解测试效果不理想,稳定性有待提高。（3）采用溶液蒸发自组装法（EISA）,制备金红石-锐钛矿混相二氧化钛3D-TNAs电极材料,①最佳实验条件为:P123为模板剂,陈化2d,在阳极氧化后直接浸到溶胶凝胶中一起陈化干燥,以5℃/min升温速率升到500℃,煅烧2h合成出3D-TNAs/TiO₂（EISA）电极,光电流较3D-TNAs电极提高2.5倍,光电耦合性能在+0.8 V最佳。②对5 mg/L的MO进行光催化效果明显,在2h汞灯照射下施加+0.8 V偏压,同样实验条件重复6次对MO的去除率仍大于98%。③光电催化降解率受有机污染物浓度、催化剂浓度、反应温度、光强、电解质浓度的影响。在电解质浓度一致下,低浓度污染物光电去除率符合一级动力学,-ln（C_t/C₀）=kt,且反应速率常数k与污染物初始浓度呈指数关系k=aC₀ⁿ¹,与反应温度符合阿伦尼乌斯公式k=Aexp（-Ea/RT）,与光强符合指数关系k=aIn3,与电极材料面积符合k=b（A_sD）ⁿ,总结反应速率常数与各个参数的关系为k = A·e^Ea/RT·C₀ⁿ¹·Iⁿ²·（A_sD）ⁿ³,确定污染物浓度与时间的关系为C_t/C₀=e^-kt=e^{-A·e-Ea/RT·C₀n1·In2·（A_sD）n3·t}。